Part Repair using a Hybrid Manufacturing System

Nowadays, part repair technology is gaining more interest from military and industries due to the benefit of cost reducing as well as time and energy saving. Traditionally, part repair is done in the repair department using welding process. The limitations of the traditional welding process are becoming more and more noticeable when the accuracy and reliability are required. Part repair process has been developed utilizing a hybrid manufacturing system, in which the laser aided deposition and CNC cutting processes are integrated. Part repair software is developed in order to facilitate the users. The system and the software elevate the repair process to the next level, in which the accuracy, reliability, and efficiency can be achieved. The concept of repair process is presented in this paper. Verification and experimental results are also discussed.Mechanical Engineerin

Integrated process planning for a hybrid manufacturing system

A hybrid manufacturing system integrated CNC machining and laser-aided layered deposition and achieves the benefits of both processes. In this dissertation, an integrated process planning framework which aims to automate the hybrid manufacturing process is investigated. Critical components of the process planning, including 3D spatial decomposition of the CAD model, improvement of the toolpath generation pattern, repairing strategies using a hybrid manufacturing system, etc., are discussed --Abstract, page iv

Contour parallel milling tool path generation for arbitrary pocket shape using a fast marching method

Contour parallel tool paths are among the most widely used tool paths for planer milling operations. A number of exact as well as approximate methods are available for offsetting a closed boundary in order to generate a contour parallel tool path; however, the applicability of various offsetting methods is restricted because of limitations in dealing with pocket geometry with and without islands, the high computational costs, and numerical errors. Generation of cusps, segmentation of rarefied corners, and self-intersection during the offsetting operations and finding a unique offsetting solution for pocket with islands are among the associated problems in contour tool path generation. Most of methods are inherently incapable of dealing with such problems and use complex computational routines to identify and rectify these problems. Also, these rectifying techniques are heavily dependent on the type of geometry, and hence, the application of these techniques for arbitrary boundary conditions is limited and prone to errors. In this paper, a new mathematical method for generation of contour parallel tool paths is proposed which is inherently capable of dealing with the aforementioned problems. The method is based on a boundary value formulation of the offsetting problem and a fast marching method based solution for tool path generation. This method handles the topological changes during offsetting naturally and deals with the generation of discontinuities in the slopes by including an "entropy condition" in its numerical implementation. The appropriate modifications are carried out to achieve higher accuracy for milling operations. A number of examples are presented, and computational issues are discussed for tool path generation

Pengoptimuman jarak laluan mata alat menggunakan algoritma koloni semut untuk proses pengisaran poket

Pada masa kini, proses pemesinan kisar poket menggunakan mesin Kawalan Komputer Berangka (CNC) banyak digunakan dalam pemotongan logam. Terdapat dua langkah pemesinan di dalam proses pengisaran poket iaitu pemesinan kasar dan kemasan. Pemesinan kasar mengambil masa lebih 50 % dari keseluruhan masa pemotongan kerana sejumlah besar bahan kerja dipotong sehingga hampir menyerupai bentuk yang dikehendaki. Oleh itu, adalah penting untuk mempercepatkan masa pemesinan kasar. Pemesinan kontur selari dapat menghasilkan masa pemesinan kasar yang lebih rendah berbanding zigzag dan satu hala. Walau bagaimanapun, terdapat satu masalah di dalam pemesinan kontur iaitu berlaku bahagian lebihan tidak terpotong pada bahagian bucu dan tengah. Kawasan lebihan tidak terpotong ini berlaku kerana penetapan nilai selang antara kontur (ω) yang melebihi jejari mata alat (r). Salah satu cara untuk memotong kawasan lebihan ini adalah dengan menambahkan satu laluan mata alat tambahan (Llt) ke atas laluan asal, iaitu laluan kontur selari. Kaedah penghasilan laluan mata alat tambahan yang diperkenalkan kajian terdahulu berjaya untuk memotong keseluruhan kawasan lebihan ini. Namun, laluan yang dihasilkan oleh kajian sebelum ini tidak mempertimbangkan pergerakan mata alat yang menyumbang kepada peningkatan jarak laluan mata alat dan masa pemesinan kasar. Oleh itu, objektif kajian ini adalah untuk mengoptimumkan laluan mata alat bagi menentukan jarak laluan mata alat yang minimum di dalam proses pengisaran poket berdasarkan pemesinan kontur selari menggunakan kaedah cerdik buatan (AI). Algoritma kontur selari (Algo-KS) dibina bagi menghasilkan laluan mata alat secara kontur selari dan untuk menentukan kawasan lebihan tidak dipotong. Algoritma Koloni Semut berdasarkan aturan peralihan baru (ACO-PB) telah diperkenalkan untuk menentukan pergerakan mata alat bagi memotong kawasan lebihan berdasarkan aturan peralihan dan jarak minimum di antara dua kawasan lebihan. ACO-PB telah diuji keberkesanannya ke atas dua model iaitu model pertama dan model kedua bagi menentukan masa pemesinan kasar (Tmk). Seterusnya, Tmk yang diperoleh ini disahkan keputusannya menggunakan proses uji kaji pemesinan. Uji kaji dilakukan dengan mempraktikkan laluan mata alat yang dihasilkan berdasarkan ACO-PB ke dalam mesin kisar CNC tiga-paksi. Bahan kerja Aluminium 6061 dan mata alat jenis keluli laju tinggi (HSS) hujung rata yang bersalut Titanium Nitrida digunakan sepanjang proses pemesinan kasar. Hasil kajian mendapati terdapat perbezaan Tmk sebanyak 7.2 % di antara Tmk ACO-PB dan uji kaji. Keputusan ini telah mengesahkan bahawa ACO-PB yang dibangunkan berupaya untuk meminimumkan jarak laluan mata alat dan dapat dipraktikkan di dalam proses pemesinan sebenar. Llt dan Tmk yang dihasilkan ACO-PB juga telah dibandingkan dengan Llt dan Tmk yang diperoleh berdasarkan kajian terdahulu. Keputusan simulasi menunjukkan ACO-PB telah menghasilkan laluan mata alat yang lebih pendek sebanyak 23.7 % dan pengurangan Tmk sebanyak 4.95 % berbanding kajian terdahulu. Kajian ini juga telah membandingkan Tmk yang diperoleh menggunakan ACO-PB dan Mastercam dan mendapati ACO-PB berjaya mengurangkan Tmk sebanyak 46.5 %. Sebagai kesimpulan, kajian ini telah berjaya membangunkan algoritma ACO-PB yang berupaya untuk meminimumkan jarak laluan mata alat di dalam pemesinan kontur selari dan mengurangkan masa pemotongan bagi proses pemesinan kasar

Multiresolution analysis as an approach for tool path planning in NC machining

Wavelets permit multiresolution analysis of curves and surfaces. A complex curve can be decomposed using wavelet theory into lower resolution curves. The low-resolution (coarse) curves are similar to rough-cuts and high-resolution (fine) curves to finish-cuts in numerical controlled (NC) machining.;In this project, we investigate the applicability of multiresolution analysis using B-spline wavelets to NC machining of contoured 2D objects. High-resolution curves are used close to the object boundary similar to conventional offsetting, while lower resolution curves, straight lines and circular arcs are used farther away from the object boundary.;Experimental results indicate that wavelet-based multiresolution tool path planning improves machining efficiency. Tool path length is reduced, sharp corners are smoothed out thereby reducing uncut areas and larger tools can be selected for rough-cuts

Pengoptimuman jarak laluan mata alat menggunakan algoritma koloni semut untuk proses pengisaran poket

Pada masa kini, proses pemesinan kisar poket menggunakan mesin Kawalan Komputer Berangka (CNC) banyak digunakan dalam pemotongan logam. Terdapat dua langkah pemesinan di dalam proses pengisaran poket iaitu pemesinan kasar dan kemasan. Pemesinan kasar mengambil masa lebih 50 % dari keseluruhan masa pemotongan kerana sejumlah besar bahan kerja dipotong sehingga hampir menyerupai bentuk yang dikehendaki. Oleh itu, adalah penting untuk mempercepatkan masa pemesinan kasar. Pemesinan kontur selari dapat menghasilkan masa pemesinan kasar yang lebih rendah berbanding zigzag dan satu hala. Walau bagaimanapun, terdapat satu masalah di dalam pemesinan kontur iaitu berlaku bahagian lebihan tidak terpotong pada bahagian bucu dan tengah. Kawasan lebihan tidak terpotong ini berlaku kerana penetapan nilai selang antara kontur (ω) yang melebihi jejari mata alat (r). Salah satu cara untuk memotong kawasan lebihan ini adalah dengan menambahkan satu laluan mata alat tambahan (Llt) ke atas laluan asal, iaitu laluan kontur selari. Kaedah penghasilan laluan mata alat tambahan yang diperkenalkan kajian terdahulu berjaya untuk memotong keseluruhan kawasan lebihan ini. Namun, laluan yang dihasilkan oleh kajian sebelum ini tidak mempertimbangkan pergerakan mata alat yang menyumbang kepada peningkatan jarak laluan mata alat dan masa pemesinan kasar. Oleh itu, objektif kajian ini adalah untuk mengoptimumkan laluan mata alat bagi menentukan jarak laluan mata alat yang minimum di dalam proses pengisaran poket berdasarkan pemesinan kontur selari menggunakan kaedah cerdik buatan (AI). Algoritma kontur selari (Algo-KS) dibina bagi menghasilkan laluan mata alat secara kontur selari dan untuk menentukan kawasan lebihan tidak dipotong. Algoritma Koloni Semut berdasarkan aturan peralihan baru (ACO-PB) telah diperkenalkan untuk menentukan pergerakan mata alat bagi memotong kawasan lebihan berdasarkan aturan peralihan dan jarak minimum di antara dua kawasan lebihan. ACO-PB telah diuji keberkesanannya ke atas dua model iaitu model pertama dan model kedua bagi menentukan masa pemesinan kasar (Tmk). Seterusnya, Tmk yang diperoleh ini disahkan keputusannya menggunakan proses uji kaji pemesinan. Uji kaji dilakukan dengan mempraktikkan laluan mata alat yang dihasilkan berdasarkan ACOPB ke dalam mesin kisar CNC tiga-paksi. Bahan kerja Aluminium 6061 dan mata alat jenis keluli laju tinggi (HSS) hujung rata yang bersalut Titanium Nitrida digunakan sepanjang proses pemesinan kasar. Hasil kajian mendapati terdapat perbezaan Tmk sebanyak 7.2 % di antara Tmk ACO-PB dan uji kaji. Keputusan ini telah mengesahkan bahawa ACO-PB yang dibangunkan berupaya untuk meminimumkan jarak laluan mata alat dan dapat dipraktikkan di dalam proses pemesinan sebenar. Llt dan Tmk yang dihasilkan ACO-PB juga telah dibandingkan dengan Llt dan Tmk yang diperoleh berdasarkan kajian terdahulu. Keputusan simulasi menunjukkan ACO-PB telah menghasilkan laluan mata alat yang lebih pendek sebanyak 23.7 % dan pengurangan Tmk sebanyak 4.95 % berbanding kajian terdahulu. Kajian ini juga telah membandingkan Tmk yang diperoleh menggunakan ACO-PB dan Mastercam dan mendapati ACO-PB berjaya mengurangkan Tmk sebanyak 46.5 %. Sebagai kesimpulan, kajian ini telah berjaya membangunkan algoritma ACO-PB yang berupaya untuk meminimumkan jarak laluan mata alat di dalam pemesinan kontur selari dan mengurangkan masa pemotongan bagi proses pemesinan kasar

Application of doo subdivision for planning roughing cuts in five axis machining

Wavelets permit multiresolution analysis of curves and surfaces. A complex curve can be decomposed using wavelet theory into lower resolution curves. The main idea of subdivision is subdivision defines a smooth surface as a limit of a sequence of successive refinements. Subdivision methods are quite useful for generating surface in computer graphics. A fine approximation of the model is obtained by successfully subdividing the vertices of the coarse approximation. In this research we have worked on a novel idea of application of doo subdivision in machining of surfaces using multi-axis machines. Here we have first generated subdivision surfaces using doo subdivision followed by the sequence of operations required for roughing. We have data which suggests using this approach on multi-axis machine; reduce machining time in comparison with three-axis NC machine. Along with that, it will also generate better quality roughed surface, which will help to reduce machining time for finishing as well

Mold Feature Recognition using Accessibility Analysis for Automated Design of Core, Cavity, and Side-Cores and Tool-Path Generation of Mold Segments

Injection molding is widely used to manufacture plastic parts with good surface finish, dimensional stability and low cost. The common examples of parts manufactured by injection molding include toys, utensils, and casings of various electronic products. The process of mold design to generate these complex shapes is iterative and time consuming, and requires great expertise in the field. As a result, a significant amount of the final product cost can be attributed to the expenses incurred during the product’s design. After designing the mold segments, it is necessary to machine these segments with minimum cost using an efficient tool-path. The tool-path planning process also adds to the overall mold cost. The process of injection molding can be simplified and made to be more cost effective if the processes of mold design and tool-path generation can be automated. This work focuses on the automation of mold design from a given part design and the automation of tool-path generation for manufacturing mold segments. The hypothesis examined in this thesis is that the automatic identification of mold features can reduce the human efforts required to design molds. It is further hypothesised that the human effort required in many downstream processes such as mold component machining can also be reduced with algorithmic automation of otherwise time consuming decisions. Automatic design of dies and molds begins with the part design being provided as a solid model. The solid model of a part is a database of its geometry and topology. The automatic mold design process uses this database to identify an undercut-free parting direction, for recognition of mold features and identification of parting lines for a given parting direction, and for generation of entities such as parting surfaces, core, cavity and side-cores. The methods presented in this work are analytical in nature and work with the extended set of part topologies and geometries unlike those found in the literature. Moreover, the methods do not require discretizing the part geometry to design its mold segments, unlike those found in the literature that result in losing the part definition. Once the mold features are recognized and parting lines are defined, core, cavity and side-cores are generated. This work presents algorithms that recognize the entities in the part solid model that contribute to the design of the core, cavity and side-cores, extract the entities, and use them in the design of these elements. The developed algorithms are demonstrated on a variety of parts that cover a wide range of features. The work also presents a method for automatic tool-path generation that takes the designed core/cavity and produces a multi-stage tool-path to machine it from raw stock. The tool-path generation process begins by determining tool-path profiles and tool positions for the rough machining of the part in layers. Typically roughing is done with large aggressive tools to reduce the machining time; and roughing leaves uncut material. After generating a roughing tool-path for each layer, the machining is simulated and the areas left uncut are identified to generate a clean-up tool-path for smaller sized tools. The tool-path planning is demonstrated using a part having obstacles within the machining region. The simulated machining is presented in this work. This work extends the accessibility analysis by retaining the topology information and using it to recognize a larger domain of features including intersecting features, filling a void in the literature regarding a method that could recognize complex intersecting features during an automated mold design process. Using this information, a larger variety of new mold intersecting features are classified and recognized in this approach. The second major contribution of the work was to demonstrate that the downstream operations can also benefit from algorithmic decision making. This is shown by automatically generating roughing and clean-up tool-paths, while reducing the machining time by machining only those areas that have uncut material. The algorithm can handle cavities with obstacles in them. The methodology has been tested on a number of parts

Conditions de coupe en fraisage à grande vitesse : effet de la variation de la vitesse d’avance

Dans le processus de fabrication en fraisage à grande vitesse ‘FGV’, l’étude de la réaction de la machine au cours de l’usinage est une tâche très délicate et importante. En effet, l’identification du comportement de la machine nécessite la modélisation de la loi de mouvement des axes et de la trajectoire réelle aux niveaux des discontinuités. Le nombre important de discontinuités engendrent une instabilité de la vitesse de déplacement des axes, ce qui implique une augmentation du temps d’usinage et un non-respect de la vitesse d’avance programmée, se traduisant par des problèmes de productivité et une sous-estimation du coût de l’usinage pour l’industriel. L’objectif de cette thèse est de développer un outil informatique qui permet de calculer la vitesse d’avance et de faire une estimation précise du temps de cycle pour n’importe quelle trajectoire générée par un logiciel de FAO. Pour ce faire, nous avons déterminé un modèle qui permet d’identifier le comportement cinématique des axes d’un centre d’usinage en FGV pour toute forme de trajectoire. À partir de la modélisation de la variation de la vitesse d’avance, nous avons déterminé le temps réel selon les trajectoires et l’erreur imposée par le bureau des méthodes. Enfin, nous utilisons ces résultats pour mettre en place une méthodologie pour l’aide au choix du diamètre de l’outil et de la stratégie d’usinage. Afin de valider les modèles et les méthodologies développés, une étude expérimentale a été réalisée sur des applications didactiques et industrielles